Nockenwelle zur Übertragung von Drehmomenten.
Ernesto Andrade / Creative Commons
Ob im Generator einer Windkraftanlage oder im Fahrzeuggetriebe: Überall kommen Wellen zur Kraftübertragung zum Einsatz. Nun entwickeln Forscher ein neues Verfahren zur berührungslosen Messung des Drehmoments.
Im Unterschied zu Achsen laufen Wellen ausschließlich um und dienender Übertragung von Drehmomenten, die z. B. durch Zahnräder, Riemenscheiben und Kupplungen ein- und weitergeleitet werden. „Sie werden auf Torsion und vielfach durch Querkräfte zusätzlich auf Biegung
beansprucht. Bestimmte Übertragungselemente, z. B. Kegelräder oder schrägverzahnte Stirnräder, leiten zusätzliche Längskräfte ein, die von der Welle und von den Lagern aufzunehmen
sind“, schreiben die Autoren des "Roloff/Matek Maschinenelemente" auf Seite 343. Einen Überblick über den Stand der Technik zur Messung der wirksamen Kräfte mittels Drehmomentsensoren geben die Springer-Autoren Helmut Bäumel und Thomas Kleckers in "Sensortechnik“ ab Seite 493.
Bislang werden Systeme zur Drehmomentmessung wie Codierscheiben oder Dehnmesssensoren direkt mit der Welle verbunden und nehmen daher zum Beispiel in einem Getriebe viel Platz weg. Es gibt auch schon berührungslose Messverfahren, die auf magnetischen Messprinzipien beruhen – sie sind jedochrecht teuer. Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH) entwickeln jetzt im Projekt "IntegrAD – Integrierter optischer Absolutgeber und Drehmomentmesser“ein neuartiges, optisches Messsystem, das berührungslos funktioniert und nicht an die Welle angeflanscht werden muss. Dadurch soll es sich einfach nachrüsten lassen, so die Hoffnung der Forscher.
Drehmomenterfassung in Echtzeit
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Das neue Messsystem soll eine deutlich bessere Auflösung erreichen als bisherige Systeme und zudem kleiner und leichter sein. Dabei werden auf die Welle sogenannte Absolutmessskalen aufgebracht, indem die Stahloberfläche mit dem Laser lokal hochaufgelöst geschwärzt wird. Dadurch entstehen sehr feine Strichcodes. Im Getriebe werden Leuchtdioden und Fotodioden angebracht, die diese Strichcodes berührungslos scannen. Wirkt ein Drehmoment auf die Welle, führt das zur Torsion – die Welle wird also in sich verdreht. Wie stark die Torsion ist, lässt sich an der Absolutmessskala ablesen. Weil die Laser-Markierung sehr hoch aufgelöst ist, lassen sich bereits kleinste Veränderungen erkennen. So kann das System Position und Drehmoment der Welle in Echtzeit erfassen und an die Motorsteuerung übertragen. Damit das System nicht nur in der Theorie funktioniert, sondern auch praxistauglich ist, suchen die Wissenschaftler noch Industriepartner.